22 kwietnia 2024

 

druk nanometrycznych struktur metalowych

W laboratorium prof. Julii R. Greer na uniwersytecie Caltech (California Institute of Technology) pod koniec ubiegłego roku rozpoczęto prace nad sposobem druku metalowych elementów o grubości 3 do 4 kartek papieru. Szybko osiągnięto zamierzony cel i rozpoczęto prace nad drukiem elementów tysiąc razy mniejszych (ok. 150 nanometrów), porównywalnych wielkością do wirusa grypy. W uzyskanych obiektach wykonanych z metalu wystąpił nieuporządkowany układ atomów. Wszystko wskazywało na to, że obiekty będą bardzo złej jakości. Tymczasem okazało się, że w przypadku nanometrycznych struktur metalowych defekty i pory wzmacniają wydruk.

Naukowcy w pierwszej fazie eksperymentu sporządzili światłoczułą mieszaninę wodną z hydrożelem. Następnie utwardzili ją laserem. W efekcie powstało trójwymiarowe rusztowanie o strukturze oczekiwanych detali. Kolejnym etapem procesu była infuzja jonami niklu, a następnie wypalanie hydrożelu, połączone ze znacznym skurczeniem rozmiarów detali. Na koniec z tak otrzymanych tlenków metalu chemicznie usunięto atomy tlenu, uzyskując czystą strukturę metaliczną. Jej nieregularność zapobiega propagacji defektów wzdłuż granicy ziaren struktury krystalicznej i powoduje bardziej równomierny rozkład deformacji na ograniczonej przestrzeni. Tego typu nanometryczne struktury metaliczne mogą znaleźć zastosowanie w produkcji np. katalizatorów do otrzymywania wodoru, elektrod do nowych systemów magazynowania energii, czujników czy wymienników ciepła.

caltech.edu